JP6072277B2 - Engine system with intake bypass device - Google Patents

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Description

本開示は、コンプレッサで圧縮された圧縮吸気の一部を、エンジン本体を迂回して排気タービンの上流に導流するための吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムに関する。   The present disclosure relates to an engine system including an intake bypass device that guides a part of compressed intake air compressed by a compressor to bypass an engine body and upstream of an exhaust turbine.

エンジンの出力を向上させる技術として、ターボチャージャによって吸気を圧縮し、この圧縮した吸気をエンジンに供給する方法(過給)が知られており、自動車用エンジン等において広く用いられている。特に近年では、排ガス・燃費規制の強化を背景として、低出力域から高出力域までの広範な運転域において過給が行われている。   As a technique for improving engine output, a method (supercharging) in which intake air is compressed by a turbocharger and the compressed intake air is supplied to the engine is known and widely used in automobile engines and the like. Particularly in recent years, supercharging has been performed in a wide operating range from a low output range to a high output range against the backdrop of stricter exhaust gas and fuel efficiency regulations.

一方、ターボチャージャはその運転状態により過渡的にサージングが発生することがある。ターボチャージャにおけるサージングの発生は、インペラ等の機器類の破損に繋がる恐れがあるため極力防止する必要がある。このため、サージングの発生を回避しながら、コンプレッサの作動範囲を出来るだけ拡大する技術が求められている。   On the other hand, a turbocharger may transiently generate surging depending on its operating state. The occurrence of surging in a turbocharger must be prevented as much as possible because it may lead to damage to equipment such as an impeller. For this reason, there is a demand for a technique for expanding the operating range of the compressor as much as possible while avoiding the occurrence of surging.

サージングの発生を回避しながらコンプレッサの作動範囲を拡大する技術として、例えば特許文献1に示されているように、コンプレッサで圧縮された圧縮吸気の一部を、エンジン本体を迂回して排気タービンの上流に導流する吸気バイパス装置が知られている。
この特許文献1の吸気バイパス装置は、吸気通路におけるコンプレッサの下流と、排気通路における排気タービンの上流とを接続するバイパス通路と、該バイパス通路に設けられた流量調整弁を備えている。この流量調整弁は、コンプレッサの作動点がサージ領域の近傍に入った時に弁開度が大きくなるように制御される。流量調整弁の弁開度が大きくなると、バイパス通路を介して排気タービンの上流に導流される圧縮吸気の流量が増加する。これによりタービン出力が増大し、コンプレッサの作動流量が増大することでサージングが防止されるようになっている。
As a technique for expanding the operating range of the compressor while avoiding the occurrence of surging, for example, as disclosed in Patent Document 1, a part of the compressed intake air compressed by the compressor is bypassed the engine body and the exhaust turbine An intake bypass device that conducts upstream is known.
The intake bypass device of Patent Document 1 includes a bypass passage that connects a downstream of the compressor in the intake passage and an upstream of the exhaust turbine in the exhaust passage, and a flow rate adjusting valve provided in the bypass passage. The flow rate adjusting valve is controlled so that the valve opening becomes large when the operating point of the compressor enters the vicinity of the surge region. As the valve opening of the flow rate adjustment valve increases, the flow rate of the compressed intake air that is introduced upstream of the exhaust turbine via the bypass passage increases. As a result, turbine output is increased, and surging is prevented by increasing the operating flow rate of the compressor.

特開2000−64844号公報JP 2000-64844 A

しかしながら、上述した特許文献1の吸気バイパス装置では、エンジンから排出される高温の排気ガスに比較的低温の圧縮吸気が合流し、この圧縮空気が合流した後の排気ガスによって排気タービンが駆動される。このため、排気タービンを駆動する排気ガスのエネルギーが低下し、排気タービンの出力が不足するとの問題があった。   However, in the intake bypass device of Patent Document 1 described above, the relatively low-temperature compressed intake air merges with the high-temperature exhaust gas discharged from the engine, and the exhaust turbine is driven by the exhaust gas after the compressed air merges. . For this reason, the energy of the exhaust gas which drives an exhaust turbine falls, and there existed a problem that the output of an exhaust turbine was insufficient.

本発明の少なくとも一つの実施形態は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、コンプレッサの作動範囲を拡大することが出来るとともに、排気タービンの出力が不足することのない吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムを提供することにある。   At least one embodiment of the present invention has been made in view of the conventional problems as described above. The object of the present invention is to expand the operating range of the compressor and to increase the output of the exhaust turbine. It is an object of the present invention to provide an engine system including an intake bypass device that does not run short.

本発明の少なくとも一つの実施形態は、
吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムにおいて、
前記エンジンシステムは、
エンジン本体と、前記エンジン本体に吸気を供給するための吸気通路と、前記エンジン本体から排出される排気ガスを流すための排気通路と、
前記エンジン本体から排出される排気ガスのエネルギーによって駆動する、前記排気通路に配置された排気タービン、及び該排気タービンと同軸駆動する、前記吸気通路に配置されたコンプレッサ、からなるターボチャージャと、
前記コンプレッサで圧縮された圧縮吸気の一部を、前記エンジン本体を迂回して前記排気タービンの上流に導流するための吸気バイパス装置と、を備え、
前記吸気バイパス装置は、
前記吸気通路における前記コンプレッサの下流と、前記排気通路における前記排気タービンの上流とを接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路における前記圧縮吸気の流れを制御する、前記バイパス通路に配置されたバイパス弁と、
前記バイパス通路を流れる前記圧縮吸気を加熱するための加熱手段と、からなる。
At least one embodiment of the present invention provides:
In an engine system equipped with an intake bypass device,
The engine system includes:
An engine body, an intake passage for supplying intake air to the engine body, an exhaust passage for flowing exhaust gas discharged from the engine body,
A turbocharger comprising: an exhaust turbine disposed in the exhaust passage that is driven by energy of exhaust gas discharged from the engine body; and a compressor disposed in the intake passage that is coaxially driven with the exhaust turbine;
An intake bypass device for guiding a part of the compressed intake air compressed by the compressor to the upstream of the exhaust turbine, bypassing the engine body,
The intake bypass device is
A bypass passage connecting a downstream of the compressor in the intake passage and an upstream of the exhaust turbine in the exhaust passage;
A bypass valve disposed in the bypass passage for controlling the flow of the compressed intake air in the bypass passage;
Heating means for heating the compressed intake air flowing through the bypass passage.

上記吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムによれば、吸気バイパス装置がバイパス通路を流れる圧縮吸気を加熱するための加熱手段を備えており、排気タービンの上流に加熱された圧縮吸気が導流されるように構成されている。このため、排気タービンを駆動する排気ガスのエネルギーの低下を防ぎ、排気タービンの出力が不足するのを防止することが出来る。   According to the engine system including the intake bypass device, the intake bypass device includes heating means for heating the compressed intake air flowing through the bypass passage, and the heated compressed intake air is introduced upstream of the exhaust turbine. It is configured as follows. For this reason, the fall of the energy of the exhaust gas which drives an exhaust turbine can be prevented, and it can prevent that the output of an exhaust turbine runs short.

幾つかの実施形態では、上記加熱手段は、エンジン本体から排出される排気ガスを、バイパス通路を流れる圧縮吸気を加熱するための熱源として利用するように構成される。   In some embodiments, the heating means is configured to utilize the exhaust gas discharged from the engine body as a heat source for heating the compressed intake air flowing through the bypass passage.

このような実施形態によれば、別途ヒーター等の熱源を設けずとも、エンジン本体から排出される排気ガスの熱エネルギーを有効利用することで、バイパス通路を流れる圧縮吸気を加熱することが出来る。   According to such an embodiment, the compressed intake air flowing through the bypass passage can be heated by effectively using the thermal energy of the exhaust gas discharged from the engine body without providing a separate heat source such as a heater.

幾つかの実施形態では、上記加熱手段が、バイパス通路の一部区間において、排気タービンのタービンハウジングがバイパス通路の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される。   In some embodiments, the heating means is configured such that the turbine housing of the exhaust turbine forms at least a part of the inner wall surface of the bypass passage in a partial section of the bypass passage.

このような実施形態によれば、タービンハウジング内を流れる排気ガスの熱エネルギーによってバイパス通路を流れる圧縮吸気を加熱することが出来る。しかも、バイパス通路を流れる圧縮吸気によってタービンハウジングを冷却することが出来るため、タービンハウジングに高価な耐熱材料を用いずとも良くなり、コストダウンを図ることが出来る。   According to such an embodiment, the compressed intake air flowing through the bypass passage can be heated by the thermal energy of the exhaust gas flowing through the turbine housing. In addition, since the turbine housing can be cooled by the compressed intake air flowing through the bypass passage, it is not necessary to use an expensive heat-resistant material for the turbine housing, and the cost can be reduced.

上記実施形態において、上記タービンハウジングの少なくとも一部は、板金製の内側ハウジングと、この内側ハウジングを覆う板金製の外側ハウジングとからなる二重構造をなしている。そして、この内側ハウジングと外側ハウジングとで画定される空間が上記実施形態におけるバイパス通路の一部区間をなしている。   In the above-described embodiment, at least a part of the turbine housing has a double structure including an inner housing made of sheet metal and an outer housing made of sheet metal that covers the inner housing. A space defined by the inner housing and the outer housing forms a partial section of the bypass passage in the embodiment.

このような実施形態によれば、内側ハウジングと外側ハウジングとで画定される空間を上記実施形態におけるバイパス通路の一部区間とし、この空間に圧縮吸気を流すことで、圧縮吸気の加熱とタービンハウジングの冷却とを効率よく行うことが出来る。   According to such an embodiment, the space defined by the inner housing and the outer housing is used as a partial section of the bypass passage in the above embodiment, and the compressed intake air is heated and the turbine housing is caused to flow through this space. Can be efficiently cooled.

幾つかの実施形態では、上記エンジンシステムは、エンジン本体から排出される排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置をさらに備える。この排気ガス浄化装置は、排気通路の排気タービンよりも下流に配置される。そして上記加熱手段は、バイパス通路の一部区間において、排気ガス浄化装置よりも下流の排気通路がバイパス通路の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される。   In some embodiments, the engine system further includes an exhaust gas purification device for purifying exhaust gas exhausted from the engine body. This exhaust gas purification device is disposed downstream of the exhaust turbine in the exhaust passage. The heating means is configured such that, in a partial section of the bypass passage, the exhaust passage downstream of the exhaust gas purification device forms at least a part of the inner wall surface of the bypass passage.

このような実施形態によれば、排気通路内を流れる排気ガスの熱エネルギーによってバイパス通路を流れる圧縮吸気を加熱することが出来る。しかも、排気タービンを駆動し、さらには排気ガス浄化装置を通過して触媒を加熱した後の排気ガスの余った熱エネルギーを回収するため、排気タービンの出力や排気ガス浄化装置の浄化性能に影響を与えることなく、圧縮吸気を加熱することが出来る。   According to such an embodiment, the compressed intake air flowing through the bypass passage can be heated by the thermal energy of the exhaust gas flowing through the exhaust passage. In addition, the exhaust gas after driving the exhaust turbine and passing through the exhaust gas purification device to heat the catalyst is recovered, which affects the output of the exhaust turbine and the purification performance of the exhaust gas purification device. The compressed intake air can be heated without giving

上記実施形態において、上記排気ガス浄化装置よりも下流側の排気通路の少なくとも一部が、内側に排気ガスが流れる内側排気管と、この内側排気管を覆う外側排気管とからなる二重構造をなしている。そして、上記内側排気管と外側排気管とで画定される空間が上記実施形態におけるバイパス通路の一部区間をなしている。   In the above embodiment, at least a part of the exhaust passage downstream of the exhaust gas purification device has a double structure consisting of an inner exhaust pipe through which exhaust gas flows and an outer exhaust pipe covering the inner exhaust pipe. There is no. A space defined by the inner exhaust pipe and the outer exhaust pipe forms a partial section of the bypass passage in the embodiment.

このような実施形態によれば、内側排気管と外側排気管とで画定される空間を上記実施形態におけるバイパス通路の一部区間とし、この空間に圧縮吸気を流すことで、効率よく圧縮吸気を加熱することが出来る。   According to such an embodiment, the space defined by the inner exhaust pipe and the outer exhaust pipe is set as a partial section of the bypass passage in the above-described embodiment, and the compressed intake air is efficiently supplied by flowing the compressed intake air into this space. Can be heated.

幾つかの実施形態では、上記加熱手段が、バイパス通路の一部区間において、エンジン本体と排気通路とを接続する排気マニホールドがバイパス通路の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される。   In some embodiments, the heating means is configured such that an exhaust manifold connecting the engine body and the exhaust passage forms at least a part of the inner wall surface of the bypass passage in a partial section of the bypass passage.

このような実施形態によれば、排気マニホールド内を流れる排気ガスの熱エネルギーによってバイパス通路を流れる圧縮吸気を加熱することが出来る。しかも、排気マニホールドを流れる高温の排気ガスと熱交換を行うことで、排気マニホールドおよび排気マニホールドよりも下流の排気通路等に高価な耐熱材料を用いずとも良くなり、コストダウンを図ることが出来る。   According to such an embodiment, the compressed intake air flowing through the bypass passage can be heated by the thermal energy of the exhaust gas flowing through the exhaust manifold. In addition, by exchanging heat with the high-temperature exhaust gas flowing through the exhaust manifold, it is not necessary to use an expensive heat-resistant material in the exhaust manifold and the exhaust passage downstream of the exhaust manifold, and the cost can be reduced.

上記実施形態において、上記排気マニホールドの少なくとも一部が、内側に排気ガスが流れる内側排気マニホールドと、この内側排気マニホールドを覆う外側排気マニホールドからなる二重構造をなしている。そして、上記内側排気マニホールドと外側排気マニホールドとで画定される空間が上記実施形態におけるバイパス通路の一部区間をなしている。   In the above embodiment, at least a part of the exhaust manifold has a double structure including an inner exhaust manifold through which exhaust gas flows and an outer exhaust manifold that covers the inner exhaust manifold. A space defined by the inner exhaust manifold and the outer exhaust manifold forms a partial section of the bypass passage in the embodiment.

このような実施形態によれば、内側排気マニホールドと外側排気マニホールドとで画定される空間を上記実施形態におけるバイパス通路の一部区間とし、この空間に圧縮吸気を流すことで、圧縮吸気の加熱と排気マニホールドの冷却とを効率よく行うことが出来る。   According to such an embodiment, the space defined by the inner exhaust manifold and the outer exhaust manifold is a partial section of the bypass passage in the above embodiment, and the compressed intake air is heated by flowing the compressed intake air into this space. The exhaust manifold can be cooled efficiently.

幾つかの実施形態では、上記吸気バイパス装置が、エンジン本体の運転状態を制御するエンジンコントロールユニットとは別に独立した制御部および信号入力部を有するターボコントロールユニットを有する。このターボコントロールユニットは、バイパス弁の弁開度を制御するバイパス弁制御部を含む。   In some embodiments, the intake bypass device includes a turbo control unit having a control unit and a signal input unit that are independent from the engine control unit that controls the operating state of the engine body. The turbo control unit includes a bypass valve control unit that controls the valve opening degree of the bypass valve.

昨今のエンジンの高度化に伴って、エンジンコントローラの制御ロジックやハードウェア構成は複雑化の一途をたどっている。このため、バイパス弁の弁開度を制御するバイパス弁制御部をエンジンコントローラに搭載すると、エンジンコントローラの制御ロジックやハードウェア構成がますます複雑となる。また、サージングのような変化の速い過渡現象を複雑な制御ロジックやハードウェア構成を有するエンジンコントローラで制御する場合には、その通信遅れが問題となる可能性がある。
そこで、本実施形態のように、エンジンコントロールユニットとは別体として構成されるターボコントロールユニットにバイパス弁制御部を搭載することで、エンジンコントロールユニットの複雑化を防ぐことが出来る。
With the recent sophistication of engines, the control logic and hardware configuration of engine controllers are becoming increasingly complex. For this reason, when a bypass valve control unit for controlling the valve opening degree of the bypass valve is mounted on the engine controller, the control logic and hardware configuration of the engine controller become more complicated. In addition, when a transient phenomenon such as surging is controlled by an engine controller having a complicated control logic or hardware configuration, the communication delay may become a problem.
Therefore, as in the present embodiment, the engine control unit can be prevented from becoming complicated by mounting the bypass valve control unit in a turbo control unit configured separately from the engine control unit.

上記実施形態において、上記ターボコントロールユニットは、過給圧、吸気流量、エンジン回転数、ターボ回転数等の各種エンジンの運転状態に関するセンサ信号が入力されるターボ信号入力部と、このターボ信号入力部に入力されるセンサ信号に基づいてコンプレッサの作動点を演算する作動点演算部、および上記バイパス弁制御部を含むターボ制御部と、を備える。そして、上記バイパス弁制御部が、作動点演算部で演算される作動点がサージ領域の近傍にある時に、バイパス弁の弁開度が大きくなるように制御するよう構成される。   In the above-described embodiment, the turbo control unit includes a turbo signal input unit to which sensor signals regarding various engine operating states such as a supercharging pressure, an intake air flow rate, an engine speed, and a turbo speed are input, and the turbo signal input unit. An operating point calculation unit that calculates an operating point of the compressor based on the sensor signal input to the turbocharger, and a turbo control unit including the bypass valve control unit. The bypass valve control unit is configured to control the valve opening of the bypass valve to be large when the operating point calculated by the operating point calculation unit is in the vicinity of the surge region.

このような実施形態によれば、ターボコントロールユニット自身がコンプレッサの作動点を演算し、演算した作動点に基づいてバイパス弁の弁開度を制御するため、エンジンコントロールユニットでバイパス弁の弁開度を制御する場合と比べて、通信遅れの影響を回避して迅速にバイパス弁を制御することが出来る。   According to such an embodiment, since the turbo control unit itself calculates the operating point of the compressor and controls the valve opening of the bypass valve based on the calculated operating point, the valve opening of the bypass valve is controlled by the engine control unit. As compared with the case of controlling the bypass valve, the bypass valve can be controlled quickly while avoiding the influence of communication delay.

上記実施形態において、上記センサ信号は、コンプレッサで圧縮された圧縮空気の過給圧、およびコンプレッサに流れる吸気流量に関するセンサ信号からなる。   In the above embodiment, the sensor signal is composed of a sensor signal related to the supercharging pressure of compressed air compressed by the compressor and the intake air flow rate flowing through the compressor.

このような実施形態によれば、過給圧および吸気流量からコンプレッサの作動点を精度良く演算することが出来る。   According to such an embodiment, the operating point of the compressor can be accurately calculated from the supercharging pressure and the intake air flow rate.

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、従来よりも効率よくDOCの閉塞を防止し、且つ実際にDOCが閉塞した場合にも確実に閉塞状態から回復させることの出来るDPF再生制御装置を提供することが出来る。   According to at least one embodiment of the present invention, there is provided a DPF regeneration control device capable of preventing DOC blockage more efficiently than in the prior art and reliably recovering from the blockage state even when the DOC is actually blocked. I can do it.

本発明の第1実施形態にかかる吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムを示した全体構成図である。1 is an overall configuration diagram showing an engine system including an intake bypass device according to a first embodiment of the present invention. コンプレッサの作動特性を示したコンプレッサマップである。It is the compressor map which showed the operating characteristic of the compressor. ターボECUの機能を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the function of turbo ECU. 本発明の第2実施形態にかかる吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムを示した全体構成図である。It is the whole block diagram which showed the engine system provided with the intake bypass device concerning 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態の加熱手段の一例を示した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which showed an example of the heating means of 2nd Embodiment. 第2実施形態の加熱手段の他の例を示した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which showed the other example of the heating means of 2nd Embodiment. 本発明の第3実施形態にかかる吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムを示した全体構成図である。It is a whole lineblock diagram showing an engine system provided with an intake bypass device concerning a 3rd embodiment of the present invention. 第3実施形態の加熱手段の一例を示した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which showed an example of the heating means of 3rd Embodiment. 第3実施形態の加熱手段の他の例を示した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which showed the other example of the heating means of 3rd Embodiment. 本発明の第4実施形態にかかる吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムを示した全体構成図である。It is a whole block diagram which showed the engine system provided with the intake bypass device concerning 4th Embodiment of this invention. 第4実施形態の加熱手段の一例を示した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which showed an example of the heating means of 4th Embodiment. 第4実施形態の加熱手段の他の例を示した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which showed the other example of the heating means of 4th Embodiment.

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail based on the drawings.
However, the scope of the present invention is not limited to the following embodiments. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the following embodiments are not merely intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples.

<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態にかかる吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムを示した全体構成図である。
図1に示したように、本実施形態のエンジンシステム1は、エンジン本体2と、エンジン本体2の気筒2aに吸気を供給するための吸気通路4と、エンジン本体2の気筒2aから排出される排気ガスを流すための排気通路6と、エンジン本体2に供給する吸気を圧縮するためのターボチャージャ12と、ターボチャージャ12で圧縮された圧縮吸気の一部を、エンジン本体2を迂回して排気通路6に導流するための吸気バイパス装置20と、を少なくとも備える。
<First Embodiment>
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an engine system provided with an intake bypass device according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the engine system 1 of the present embodiment is exhausted from an engine body 2, an intake passage 4 for supplying intake air to a cylinder 2 a of the engine body 2, and a cylinder 2 a of the engine body 2. An exhaust passage 6 for flowing exhaust gas, a turbocharger 12 for compressing intake air supplied to the engine body 2, and a part of the compressed intake air compressed by the turbocharger 12 bypassing the engine body 2 and exhausted. And an intake bypass device 20 for conducting the air to the passage 6.

エンジン本体2は複数の気筒2aを備えている。エンジン本体2と吸気通路4とは吸気マニホールド5を介して接続されており、この吸気マニホールド5によって吸気通路4を流れる吸気が複数の気筒2aの各々に分配されるようになっている。また、エンジン本体2と排気通路6とは排気マニホールド7を介して接続されており、この排気マニホールド7によって複数の気筒2aから排出される排気ガスが排気通路6に集合されるようになっている。   The engine body 2 includes a plurality of cylinders 2a. The engine body 2 and the intake passage 4 are connected via an intake manifold 5, and the intake manifold 5 distributes the intake air flowing through the intake passage 4 to each of the plurality of cylinders 2a. The engine body 2 and the exhaust passage 6 are connected via an exhaust manifold 7, and exhaust gas discharged from the plurality of cylinders 2 a is collected in the exhaust passage 6 by the exhaust manifold 7. .

ターボチャージャ12は、排気通路6に配置された排気タービン8と、排気タービン8とロータによって連結されてこれと同軸駆動する、吸気通路4に配置されたコンプレッサ10とからなる。そして、エンジン本体2から排出される排気ガスの排気エネルギーによって排気タービン8が駆動し、これによりコンプレッサ10が同軸駆動することで、吸気通路4を流れる吸気を圧縮するように構成されている。   The turbocharger 12 includes an exhaust turbine 8 disposed in the exhaust passage 6 and a compressor 10 disposed in the intake passage 4 that is connected to the exhaust turbine 8 by a rotor and is driven coaxially therewith. The exhaust turbine 8 is driven by the exhaust energy of the exhaust gas discharged from the engine body 2, whereby the compressor 10 is coaxially driven to compress the intake air flowing through the intake passage 4.

また、吸気通路4のコンプレッサ10の上流には、吸気流量を計測するエアフロメータ31が配置されている。また、吸気通路4のコンプレッサ10の下流には、圧縮吸気の過給圧を計測する圧力センサ33が配置されている。   An air flow meter 31 for measuring the intake air flow rate is disposed upstream of the compressor 10 in the intake passage 4. Further, a pressure sensor 33 for measuring the supercharging pressure of the compressed intake air is disposed downstream of the compressor 10 in the intake passage 4.

吸気バイパス装置20は、吸気通路4におけるコンプレッサ10の下流と、排気通路6における排気タービン8の上流とを接続するバイパス通路14と、バイパス通路14に配置されたバイパス弁16と、バイパス通路14を流れる圧縮吸気を加熱するための加熱手段18とからなる。   The intake bypass device 20 includes a bypass passage 14 connecting the downstream of the compressor 10 in the intake passage 4 and the upstream of the exhaust turbine 8 in the exhaust passage 6, a bypass valve 16 disposed in the bypass passage 14, and the bypass passage 14. It comprises heating means 18 for heating the flowing compressed intake air.

本実施形態のバイパス弁16は、吸気通路4から排気通路6に導流する圧縮吸気の流量を制御するための流量制御弁として構成される。このバイパス弁16の弁開度は、コンプレッサ10においてサージングが発生しないように、後述するターボECU(ターボコントロールユニット)24によって制御される。なお、本発明においてバイパス弁16の種類は流量制御弁には限定されない。少なくとも排気通路6から吸気通路4への排気ガスの逆流を防止する事が出来ればよく、例えば逆止弁のようなものであっても構わない。   The bypass valve 16 of the present embodiment is configured as a flow control valve for controlling the flow rate of the compressed intake air that is introduced from the intake passage 4 to the exhaust passage 6. The valve opening degree of the bypass valve 16 is controlled by a turbo ECU (turbo control unit) 24 described later so that surging does not occur in the compressor 10. In the present invention, the type of the bypass valve 16 is not limited to the flow control valve. It is sufficient that at least the backflow of the exhaust gas from the exhaust passage 6 to the intake passage 4 can be prevented. For example, a check valve may be used.

図2は、コンプレッサの作動特性を示したコンプレッサマップである。同図において、横軸には流量をとり、縦軸にはコンプレッサ10の流入口と吐出口との圧力比が示されている。図中の符号N1、N2、N3はコンプレッサ回転数を示している。
図2に示したように、コンプレッサ10が小流量かつ高圧力比で作動する場合、作動点P1がサージラインよりも左側に移行してサージ領域に入ってしまうことがある。コンプレッサ10の作動点(作動ライン)がサージ領域に入ることは、コンプレッサ10にサージングが発生することを意味する。そこで、コンプレッサ10の作動点(作動ライン)がサージ領域の近傍にある時にはバイパス弁16の弁開度を大きくするように制御し、吸気通路4から排気通路6へ導流する圧縮吸気の流量を増加させる。これによりタービン出力が増大し、コンプレッサ10の作動流量が増大(Q1→Q2)することで作動点P2がサージ領域から外れる。このようにしてサージングが防止される。
FIG. 2 is a compressor map showing the operating characteristics of the compressor. In the figure, the horizontal axis represents the flow rate, and the vertical axis represents the pressure ratio between the inlet and the outlet of the compressor 10. Reference numerals N1, N2, and N3 in the figure indicate compressor rotation speeds.
As shown in FIG. 2, when the compressor 10 operates at a low flow rate and a high pressure ratio, the operating point P1 may shift to the left side of the surge line and enter the surge region. When the operating point (operating line) of the compressor 10 enters the surge region, surging occurs in the compressor 10. Therefore, when the operating point (operating line) of the compressor 10 is in the vicinity of the surge region, the valve opening degree of the bypass valve 16 is controlled to be increased, and the flow rate of the compressed intake air introduced from the intake passage 4 to the exhaust passage 6 is controlled. increase. As a result, the turbine output increases and the operating flow rate of the compressor 10 increases (Q1 → Q2), so that the operating point P2 deviates from the surge region. In this way, surging is prevented.

図3は、ターボECUの機能を説明するためのブロック図である。
ターボECU24は、エンジン本体2の運転状態を制御するエンジンECU(エンジンコントロールユニット)22とは別の独立した制御部24Bおよび信号入力部24Aを有する、エンジンECU22とは独立したコントロールユニットである。これらターボECU24およびエンジンECU22は、中央処理装置(CPU)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリメモリ(ROM)、およびI/Oインターフェイスなどからなるマイクロコンピュータとして構成される。
FIG. 3 is a block diagram for explaining the function of the turbo ECU.
The turbo ECU 24 is a control unit that is independent of the engine ECU 22 and has a control unit 24B and a signal input unit 24A that are independent from the engine ECU (engine control unit) 22 that controls the operating state of the engine body 2. The turbo ECU 24 and the engine ECU 22 are configured as a microcomputer including a central processing unit (CPU), a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), an I / O interface, and the like.

図3に示したように、ターボECU24は、信号入力部24Aと、ターボ制御部24Bと、信号出力部24Cとからなる。信号入力部24Aには、エアフロメータ31で計測された吸気流量および圧力センサ33で計測された過給圧に関する信号が入力される。ターボ制御部24Bは、作動点演算部24B1とバイパス弁制御部24B2を含む。作動点演算部24B1は、信号入力部24Aに入力された吸気流量および過給圧より、図2に示したコンプレッサマップからコンプレッサ10の作動点を演算する。バイパス弁制御部24B2は、作動点演算部24B1で演算された作動点がサージ領域の近傍にある時に、バイパス弁16の弁開度が大きくなるようなバイパス弁開度指令値を生成する。この生成されたバイパス弁開度指令値に関する信号は、信号出力部24Cからバイパス弁16に出力され、これによりバイパス弁16の弁開度が制御される。   As shown in FIG. 3, the turbo ECU 24 includes a signal input unit 24A, a turbo control unit 24B, and a signal output unit 24C. Signals related to the intake air flow rate measured by the air flow meter 31 and the supercharging pressure measured by the pressure sensor 33 are input to the signal input unit 24A. The turbo control unit 24B includes an operating point calculation unit 24B1 and a bypass valve control unit 24B2. The operating point calculator 24B1 calculates the operating point of the compressor 10 from the compressor map shown in FIG. 2 from the intake air flow rate and the supercharging pressure input to the signal input unit 24A. The bypass valve controller 24B2 generates a bypass valve opening command value that increases the valve opening of the bypass valve 16 when the operating point calculated by the operating point calculator 24B1 is in the vicinity of the surge region. A signal relating to the generated bypass valve opening command value is output from the signal output unit 24C to the bypass valve 16, and thereby the valve opening of the bypass valve 16 is controlled.

昨今のエンジンの高度化に伴って、エンジンECU22の制御ロジックやハードウェア構成は複雑化の一途をたどっている。このため、バイパス弁16の弁開度を制御するバイパス弁制御部24B2をエンジンECU22に搭載すると、エンジンECU22の制御ロジックやハードウェア構成がますます複雑となる。また、サージングのような変化の速い過渡現象を複雑な制御ロジックやハードウェア構成を有するエンジンECUで制御する場合には、その通信遅れが問題となる可能性がある。
そこで、本実施形態のように、エンジンECU22とは別体として構成されるターボECU24にバイパス弁制御部24B2を搭載することで、エンジンECU22の複雑化を防ぐことが出来る。また、ターボECU24自身がコンプレッサ10の作動点を演算し、演算した作動点に基づいてバイパス弁16の弁開度を制御するため、エンジンECU22でバイパス弁16の弁開度を制御する場合と比べて、通信遅れの影響を回避して迅速にバイパス弁16を制御することが出来るようになっている。
With the recent sophistication of engines, the control logic and hardware configuration of the engine ECU 22 are becoming increasingly complex. For this reason, when the bypass valve control unit 24B2 for controlling the valve opening degree of the bypass valve 16 is mounted on the engine ECU 22, the control logic and hardware configuration of the engine ECU 22 become more complicated. Further, when a transient phenomenon such as surging is controlled by an engine ECU having a complicated control logic or hardware configuration, the communication delay may be a problem.
Therefore, as in the present embodiment, by installing the bypass valve control unit 24B2 in the turbo ECU 24 that is configured separately from the engine ECU 22, it is possible to prevent the engine ECU 22 from becoming complicated. Further, since the turbo ECU 24 itself calculates the operating point of the compressor 10 and controls the valve opening degree of the bypass valve 16 based on the calculated operating point, compared with the case where the engine ECU 22 controls the valve opening degree of the bypass valve 16. Thus, the bypass valve 16 can be quickly controlled while avoiding the influence of communication delay.

加熱手段18は、バイパス通路14を流れる圧縮吸気を加熱するためのものである。加熱手段18としては、例えばヒーターなどを設けてこれを熱源として利用してもよく、後述する実施形態のように、エンジン本体2から排出される排気ガスを熱源として利用することも出来る。   The heating means 18 is for heating the compressed intake air flowing through the bypass passage 14. As the heating means 18, for example, a heater or the like may be provided and used as a heat source, and exhaust gas discharged from the engine body 2 may be used as a heat source as in an embodiment described later.

このような吸気バイパス装置20を備えたエンジンシステム1によれば、吸気バイパス装置20がバイパス通路14を流れる圧縮吸気を加熱するための加熱手段18を備えており、排気タービン8の上流に加熱された圧縮吸気が導流されるように構成されている。このため、排気タービン8を駆動する排気ガスのエネルギーの低下を防ぎ、排気タービン8の出力が不足するのを防止することが出来るようになっている。   According to the engine system 1 including such an intake bypass device 20, the intake bypass device 20 includes the heating means 18 for heating the compressed intake air flowing through the bypass passage 14 and is heated upstream of the exhaust turbine 8. The compressed intake air is guided. For this reason, it is possible to prevent the energy of the exhaust gas that drives the exhaust turbine 8 from being lowered, and to prevent the output of the exhaust turbine 8 from being insufficient.

<第2実施形態>
図4は、本発明の第2実施形態にかかる吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムを示した全体構成図である。本実施形態のエンジンシステム1aは、上述した加熱手段18を除いて基本的には上述した実施形態のエンジンシステム1と同様な構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
Second Embodiment
FIG. 4 is an overall configuration diagram showing an engine system provided with an intake bypass device according to a second embodiment of the present invention. The engine system 1a of the present embodiment basically has the same configuration as the engine system 1 of the above-described embodiment except for the heating means 18 described above. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図5は、第2実施形態の加熱手段の一例を示した概略断面図である。図5に示す実施形態の加熱手段18は、バイパス通路14の一部区間において、排気タービン8のタービンハウジング8Aがバイパス通路14の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of the heating means of the second embodiment. The heating means 18 of the embodiment shown in FIG. 5 is configured such that the turbine housing 8 </ b> A of the exhaust turbine 8 forms at least a part of the inner wall surface of the bypass passage 14 in a partial section of the bypass passage 14.

図5(a)に示す実施形態では、タービンハウジング8Aにおいて、スクロール流路8dを形成するスクロール部8aの外壁面の一部が、バイパス通路14の内壁面の一部をなしている。この図中の符号14aで示すスクロール部8aの外壁面の一部が、本実施形態の加熱手段18に相当する。また、図5(b)に示す実施形態では、タービンハウジング8Aのシュラウド部8eの内部に形成された貫通孔によってバイパス通路14が構成されており、タービンハウジング8Aのシュラウド部8eの内部が、バイパス通路14の内壁面をなしている。この図中の符号14aで示す内壁面の全体が、本実施形態の加熱手段18に相当する。なお、図中の符号8bはハブ、8cはインペラ、9はベアリングハウジングである。   In the embodiment shown in FIG. 5A, in the turbine housing 8A, a part of the outer wall surface of the scroll portion 8a forming the scroll flow path 8d forms a part of the inner wall surface of the bypass passage 14. A part of the outer wall surface of the scroll portion 8a indicated by reference numeral 14a in this figure corresponds to the heating means 18 of the present embodiment. Further, in the embodiment shown in FIG. 5B, the bypass passage 14 is configured by a through-hole formed in the shroud portion 8e of the turbine housing 8A, and the shroud portion 8e of the turbine housing 8A is bypassed. The inner wall surface of the passage 14 is formed. The entire inner wall surface indicated by reference numeral 14a in this figure corresponds to the heating means 18 of the present embodiment. In the figure, reference numeral 8b denotes a hub, 8c denotes an impeller, and 9 denotes a bearing housing.

このような実施形態によれば、タービンハウジング8A内を流れる排気ガスの熱エネルギーによってバイパス通路14を流れる圧縮吸気を加熱することが出来るため、排気タービン8を駆動する排気ガスのエネルギーの低下を防止し、排気タービン8の出力が不足するのを回避することが出来る。しかも、バイパス通路14を流れる圧縮吸気によってタービンハウジング8Aを冷却することが出来るため、タービンハウジング8Aに高価な耐熱材料を用いずとも良くなり、コストダウンを図ることが出来るようになっている。   According to such an embodiment, since the compressed intake air flowing through the bypass passage 14 can be heated by the thermal energy of the exhaust gas flowing in the turbine housing 8A, a decrease in the energy of the exhaust gas that drives the exhaust turbine 8 is prevented. In addition, the shortage of the output of the exhaust turbine 8 can be avoided. Moreover, since the turbine housing 8A can be cooled by the compressed intake air flowing through the bypass passage 14, it is not necessary to use an expensive heat-resistant material for the turbine housing 8A, and the cost can be reduced.

図6は、第2実施形態の加熱手段の他の例を示した概略断面図である。図6に示す実施形態では、タービンハウジング8Aの一部は、スクロール流路8dを形成する板金製の内側ハウジング8A1と、この内側ハウジング8A1を覆う板金製の外側ハウジング8A2とからなる二重構造をなしている。そして、この内側ハウジング8A1と外側ハウジング8A2とで画定される空間が上述したバイパス通路14の一部区間をなしている。すなわち、内側ハウジング8A1の外壁面がバイパス通路14の内壁面の一部をなしており、この内側ハウジング8A1の外壁面(図中の符号14aで示す部分)が、本実施形態の加熱手段18に相当する。   FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing another example of the heating means of the second embodiment. In the embodiment shown in FIG. 6, a part of the turbine housing 8A has a double structure including a sheet metal inner housing 8A1 that forms the scroll flow path 8d and a sheet metal outer housing 8A2 that covers the inner housing 8A1. There is no. A space defined by the inner housing 8A1 and the outer housing 8A2 forms a partial section of the bypass passage 14 described above. That is, the outer wall surface of the inner housing 8A1 forms a part of the inner wall surface of the bypass passage 14, and the outer wall surface (the portion indicated by reference numeral 14a in the drawing) of the inner housing 8A1 serves as the heating means 18 of the present embodiment. Equivalent to.

このような実施形態によれば、内側ハウジング8A1と外側ハウジング8A2とで画定される空間を上述したバイパス通路14の一部区間とし、この空間に圧縮吸気を流すことで、圧縮吸気の加熱とタービンハウジング8Aの冷却とを効率よく行うことが出来るようになっている。   According to such an embodiment, the space defined by the inner housing 8A1 and the outer housing 8A2 is set as a partial section of the bypass passage 14 described above, and the compressed intake air is heated and turbine is caused to flow through this space. The housing 8A can be efficiently cooled.

<第3実施形態>
図7は、本発明の第3実施形態にかかる吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムを示した全体構成図である。本実施形態のエンジンシステム1bは、エンジン本体2から排出される排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置26をさらに備えている。この排気ガス浄化装置26は、排気通路6の排気タービン8よりも下流に配置される。上述した加熱手段18は、この排気ガス浄化装置26の下流に配置される。なお、本実施形態のエンジンシステム1bは、その他については上述した実施形態と同様な構成を有しており、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Third Embodiment>
FIG. 7 is an overall configuration diagram showing an engine system provided with an intake bypass device according to a third embodiment of the present invention. The engine system 1b of the present embodiment further includes an exhaust gas purifying device 26 for purifying exhaust gas discharged from the engine body 2. The exhaust gas purification device 26 is disposed downstream of the exhaust turbine 8 in the exhaust passage 6. The heating means 18 described above is disposed downstream of the exhaust gas purification device 26. The engine system 1b of the present embodiment has the same configuration as that of the above-described embodiment, and the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図8は、第3実施形態の加熱手段の一例を示した概略断面図である。図8に示す実施形態の加熱手段18は、バイパス通路14の一部区間において、排気ガス浄化装置26よりも下流の排気通路6の排気管6aの外面の一部が、バイパス通路14の内壁面の一部をなすことで構成される。この図中の符号14aで示す排気管6aの外面の一部が、本実施形態の加熱手段18に相当する。   FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an example of the heating means of the third embodiment. In the heating unit 18 of the embodiment shown in FIG. 8, in a partial section of the bypass passage 14, a part of the outer surface of the exhaust pipe 6 a of the exhaust passage 6 downstream from the exhaust gas purification device 26 is the inner wall surface of the bypass passage 14. It is composed by making a part of. A part of the outer surface of the exhaust pipe 6a indicated by reference numeral 14a in this figure corresponds to the heating means 18 of the present embodiment.

このような実施形態によれば、排気通路6内を流れる排気ガスの熱エネルギーによってバイパス通路14を流れる圧縮吸気を加熱することが出来るため、排気タービン8を駆動する排気ガスのエネルギーの低下を防止し、排気タービン8の出力が不足するのを回避することが出来る。しかも、排気タービン8を駆動し、さらには排気ガス浄化装置26を通過して触媒を加熱した後の排気ガスの余った熱エネルギーを回収するため、排気タービン8の出力や排気ガス浄化装置26の浄化性能に影響を与えることなく、圧縮吸気を加熱することが出来るようになっている。   According to such an embodiment, since the compressed intake air flowing through the bypass passage 14 can be heated by the thermal energy of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 6, it is possible to prevent a decrease in the energy of the exhaust gas that drives the exhaust turbine 8. In addition, the shortage of the output of the exhaust turbine 8 can be avoided. Moreover, in order to recover the excess heat energy of the exhaust gas after driving the exhaust turbine 8 and passing through the exhaust gas purification device 26 and heating the catalyst, the output of the exhaust turbine 8 and the exhaust gas purification device 26 The compressed intake air can be heated without affecting the purification performance.

図9は、第3実施形態の加熱手段の他の例を示した概略断面図である。図9に示す実施形態では、排気ガス浄化装置26よりも下流側の排気通路6の少なくとも一部が、内側に排気ガスが流れる内側排気管6bと、この内側排気管を覆う外側排気管6cとからなる二重構造をなしている。そして、これら内側排気管6bと外側排気管6cとで画定される空間が上述したバイパス通路14の一部区間をなしている。すなわち、内側排気管6bの外面がバイパス通路14の内壁面の一部をなしており、この内側排気管6bの外面(図中の符号14aで示す部分)が、本実施形態の加熱手段18に相当する。   FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing another example of the heating means of the third embodiment. In the embodiment shown in FIG. 9, at least a part of the exhaust passage 6 on the downstream side of the exhaust gas purification device 26 includes an inner exhaust pipe 6b through which exhaust gas flows and an outer exhaust pipe 6c that covers the inner exhaust pipe. It has a double structure consisting of A space defined by the inner exhaust pipe 6b and the outer exhaust pipe 6c forms a partial section of the bypass passage 14 described above. That is, the outer surface of the inner exhaust pipe 6b forms a part of the inner wall surface of the bypass passage 14, and the outer surface of the inner exhaust pipe 6b (the part indicated by reference numeral 14a in the drawing) serves as the heating means 18 of the present embodiment. Equivalent to.

このような実施形態によれば、内側排気管6bと外側排気管6cとで画定される空間を上述したバイパス通路の一部区間とし、この空間に圧縮吸気を流すことで、効率よく圧縮吸気を加熱することが出来るようになっている。   According to such an embodiment, the space defined by the inner exhaust pipe 6b and the outer exhaust pipe 6c is defined as a partial section of the bypass passage described above, and the compressed intake air is efficiently supplied by flowing the compressed intake air into this space. It can be heated.

<第4実施形態>
図10は、本発明の第4実施形態にかかる吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムを示した全体構成図である。本実施形態のエンジンシステム1cは、本実施形態のエンジンシステム1cは、上述した加熱手段18を除いて基本的には上述した実施形態のエンジンシステム1と同様な構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Fourth embodiment>
FIG. 10 is an overall configuration diagram showing an engine system including an intake bypass device according to a fourth embodiment of the present invention. The engine system 1c of the present embodiment has basically the same configuration as the engine system 1 of the above-described embodiment except for the heating means 18 described above. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図11は、第4実施形態の加熱手段の一例を示した概略断面図である。図11に示す実施形態の加熱手段18は、バイパス通路14の一部区間において、排気マニホールド7の外壁面の一部がバイパス通路14の内壁面の一部をなすことで構成される。この図中の符号14aで示す排気マニホールド7の外壁面の一部が、本実施形態の加熱手段18に相当する。   FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an example of the heating means of the fourth embodiment. The heating means 18 of the embodiment shown in FIG. 11 is configured such that a part of the outer wall surface of the exhaust manifold 7 forms a part of the inner wall surface of the bypass passage 14 in a part of the bypass passage 14. A part of the outer wall surface of the exhaust manifold 7 indicated by reference numeral 14a in this figure corresponds to the heating means 18 of the present embodiment.

このような実施形態によれば、排気マニホールド7内を流れる排気ガスの熱エネルギーによってバイパス通路14を流れる圧縮吸気を加熱することが出来るため、排気タービン8を駆動する排気ガスのエネルギーの低下を防止し、排気タービン8の出力が不足するのを回避することが出来る。しかも、排気マニホールド7を流れる高温の排気ガスと熱交換を行うことで、排気マニホールド7および排気マニホールド7よりも下流の排気通路6等に高価な耐熱材料を用いずとも良くなり、コストダウンを図ることが出来るようになっている。   According to such an embodiment, since the compressed intake air flowing through the bypass passage 14 can be heated by the thermal energy of the exhaust gas flowing in the exhaust manifold 7, the reduction in the energy of the exhaust gas that drives the exhaust turbine 8 is prevented. In addition, the shortage of the output of the exhaust turbine 8 can be avoided. In addition, by exchanging heat with the high-temperature exhaust gas flowing through the exhaust manifold 7, it is not necessary to use an expensive heat-resistant material for the exhaust manifold 7 and the exhaust passage 6 downstream of the exhaust manifold 7, thereby reducing costs. It can be done.

図12は、第4実施形態の加熱手段の他の例を示した概略断面図である。図12に示す実施形態では、排気マニホールド7の少なくとも一部が、内側に排気ガスが流れる内側排気マニホールド7aと、この内側排気マニホールド7aを覆う外側排気マニホールド7bからなる二重構造をなしている。そして、これら内側排気マニホールド7aと外側排気マニホールド7bとで画定される空間が上述したバイパス通路14の一部区間をなしている。すなわち、内側排気マニホールド7aの外面がバイパス通路14の内壁面の一部をなしており、この内側排気マニホールド7aの外面(図中の符号14aで示す部分)が、本実施形態の加熱手段18に相当する。   FIG. 12 is a schematic sectional view showing another example of the heating means of the fourth embodiment. In the embodiment shown in FIG. 12, at least a part of the exhaust manifold 7 has a double structure including an inner exhaust manifold 7a through which exhaust gas flows inside and an outer exhaust manifold 7b covering the inner exhaust manifold 7a. A space defined by the inner exhaust manifold 7a and the outer exhaust manifold 7b forms a partial section of the bypass passage 14 described above. That is, the outer surface of the inner exhaust manifold 7a forms part of the inner wall surface of the bypass passage 14, and the outer surface of the inner exhaust manifold 7a (the portion indicated by reference numeral 14a in the drawing) serves as the heating means 18 of the present embodiment. Equivalent to.

このような実施形態によれば、内側排気マニホールド7aと外側排気マニホールド7bとで画定される空間を上述したバイパス通路14の一部区間とし、この空間に圧縮吸気を流すことで、圧縮吸気の加熱と排気マニホールド7の冷却とを効率よく行うことが出来るようになっている。   According to such an embodiment, the space defined by the inner exhaust manifold 7a and the outer exhaust manifold 7b is defined as a partial section of the bypass passage 14, and the compressed intake air is heated by flowing the compressed intake air into this space. And the exhaust manifold 7 can be efficiently cooled.

以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではない。例えば上述した実施形態を組み合わせても良く、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。   As mentioned above, although the preferable form of this invention was demonstrated, this invention is not limited to said form. For example, the above-described embodiments may be combined, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.

本発明の少なくとも一実施形態は、ターボチャージャを備えるエンジンにおいて、自動車用のみならず、舶用や産業用のエンジンにおいても好適に用いることが出来る。   At least one embodiment of the present invention can be suitably used not only for automobiles but also for marine and industrial engines in an engine equipped with a turbocharger.

1、1a〜1c エンジンシステム
2 エンジン本体
2a 気筒
4 吸気通路
5 吸気マニホールド
6 排気通路
6a 排気管
6b 内側排気管
6c 外側排気管
7 排気マニホールド
7a 内側排気マニホールド
7b 外側排気マニホールド
8 排気タービン
8A タービンハウジング
8A1 内側ハウジング
8A2 外側ハウジング
8a スクロール部
8b ハブ
8c インペラ
8d スクロール流路
8e シュラウド部
9 ベアリングハウジング
10 コンプレッサ
12 ターボチャージャ
14 バイパス通路
16 バイパス弁、
18 加熱手段
20 吸気バイパス装置
22 エンジンECU
24 ターボECU
26 排気ガス浄化装置
31 エアフロメータ
33 圧力センサ


1, 1a to 1c Engine system 2 Engine body 2a Cylinder 4 Intake passage 5 Intake manifold 6 Exhaust passage 6a Exhaust pipe 6b Inner exhaust pipe 6c Outer exhaust pipe 7 Exhaust manifold 7a Inner exhaust manifold 7b Outer exhaust manifold 8 Exhaust turbine 8A Turbine housing 8A1 Inner housing 8A2 Outer housing 8a Scroll part 8b Hub 8c Impeller 8d Scroll channel 8e Shroud part 9 Bearing housing 10 Compressor 12 Turbocharger 14 Bypass passage 16 Bypass valve,
18 Heating means 20 Intake bypass device 22 Engine ECU
24 Turbo ECU
26 Exhaust gas purification device 31 Air flow meter 33 Pressure sensor


Claims (11)

吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムにおいて、
前記エンジンシステムは、
エンジン本体と、前記エンジン本体に吸気を供給するための吸気通路と、前記エンジン本体から排出される排気ガスを流すための排気通路と、
前記エンジン本体から排出される排気ガスのエネルギーによって駆動する、前記排気通路に配置された排気タービン、及び該排気タービンと同軸駆動する、前記吸気通路に配置されたコンプレッサ、からなるターボチャージャと、
前記コンプレッサで圧縮された圧縮吸気の一部を、前記エンジン本体を迂回して前記排気タービンの上流に導流するための吸気バイパス装置と、を備え、
前記吸気バイパス装置は、
前記吸気通路における前記コンプレッサの下流と、前記排気通路における前記排気タービンの上流とを接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路における前記圧縮吸気の流れを制御する、前記バイパス通路に配置されたバイパス弁と、
前記バイパス通路を流れる前記圧縮吸気を加熱するための、前記バイパス通路における前記バイパス弁の下流側に配置された加熱手段と、からなり、
前記加熱手段は、前記エンジン本体から排出される排気ガスを、前記バイパス通路を流れる前記圧縮吸気を加熱するための熱源として利用するように構成される、
吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
In an engine system equipped with an intake bypass device,
The engine system includes:
An engine body, an intake passage for supplying intake air to the engine body, an exhaust passage for flowing exhaust gas discharged from the engine body,
A turbocharger comprising: an exhaust turbine disposed in the exhaust passage that is driven by energy of exhaust gas discharged from the engine body; and a compressor disposed in the intake passage that is coaxially driven with the exhaust turbine;
An intake bypass device for guiding a part of the compressed intake air compressed by the compressor to the upstream of the exhaust turbine, bypassing the engine body,
The intake bypass device is
A bypass passage connecting a downstream of the compressor in the intake passage and an upstream of the exhaust turbine in the exhaust passage;
A bypass valve disposed in the bypass passage for controlling the flow of the compressed intake air in the bypass passage;
A heating means disposed on the downstream side of the bypass valve in the bypass passage for heating the compressed intake air flowing through the bypass passage;
The heating means is configured to use exhaust gas discharged from the engine body as a heat source for heating the compressed intake air flowing through the bypass passage.
An engine system with an intake bypass device.
前記熱源として利用される前記排気ガスは、前記エンジン本体から排出された排気ガスを前記エンジン本体に再循環させるためのEGR通路を流れるEGRガス、以外の排気ガスであるThe exhaust gas used as the heat source is an exhaust gas other than EGR gas that flows through an EGR passage for recirculating exhaust gas discharged from the engine body to the engine body.
請求項1に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。An engine system comprising the intake bypass device according to claim 1.
前記加熱手段が、前記バイパス通路の一部区間において、前記排気タービンのタービンハウジングが前記バイパス通路の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される、
請求項1に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
The heating means is configured such that a turbine housing of the exhaust turbine forms at least a part of an inner wall surface of the bypass passage in a partial section of the bypass passage.
An engine system comprising the intake bypass device according to claim 1.
前記タービンハウジングの少なくとも一部が、板金製の内側ハウジングと、該内側ハウジングを覆う板金製の外側ハウジングとからなる二重構造をなし、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングとで画定される空間が前記バイパス通路の一部区間をなしている、
請求項3に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
At least a part of the turbine housing has a double structure including an inner housing made of sheet metal and an outer housing made of sheet metal covering the inner housing, and a space defined by the inner housing and the outer housing is It is part of the bypass passage,
An engine system comprising the intake bypass device according to claim 3.
前記エンジンシステムが、前記エンジン本体から排出される排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置をさらに備え、該排気ガス浄化装置は、前記排気通路の前記排気タービンよりも下流に配置されるとともに、
前記加熱手段が、前記バイパス通路の一部区間において、前記排気ガス浄化装置よりも下流の前記排気通路が前記バイパス通路の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される、
請求項1に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
The engine system further includes an exhaust gas purification device for purifying exhaust gas exhausted from the engine body, and the exhaust gas purification device is disposed downstream of the exhaust turbine in the exhaust passage;
The heating means is configured such that, in a partial section of the bypass passage, the exhaust passage downstream of the exhaust gas purification device forms at least a part of the inner wall surface of the bypass passage.
An engine system comprising the intake bypass device according to claim 1.
前記排気ガス浄化装置よりも下流側の前記排気通路の少なくとも一部が、内側に排気ガスが流れる内側排気管と、該内側排気管を覆う外側排気管とからなる二重構造をなし、前記内側排気管と前記外側排気管とで画定される空間が前記バイパス通路の一部区間をなしている、
請求項5に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
At least a part of the exhaust passage downstream of the exhaust gas purification device has a double structure consisting of an inner exhaust pipe through which exhaust gas flows and an outer exhaust pipe covering the inner exhaust pipe. A space defined by the exhaust pipe and the outer exhaust pipe forms a partial section of the bypass passage;
An engine system comprising the intake bypass device according to claim 5.
前記加熱手段が、前記バイパス通路の一部区間において、前記エンジン本体と前記排気通路とを接続する排気マニホールドが前記バイパス通路の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される、
請求項1に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
The heating means is configured such that, in a partial section of the bypass passage, an exhaust manifold that connects the engine body and the exhaust passage forms at least a part of an inner wall surface of the bypass passage.
An engine system comprising the intake bypass device according to claim 1.
前記排気マニホールドの少なくとも一部が、内側に排気ガスが流れる内側排気マニホールドと、該内側排気マニホールドを覆う外側排気マニホールドからなる二重構造をなし、前記内側排気マニホールドと前記外側排気マニホールドとで画定される空間が前記バイパス通路の一部区間をなしている、
請求項7に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
At least a part of the exhaust manifold has a double structure consisting of an inner exhaust manifold through which exhaust gas flows inside and an outer exhaust manifold that covers the inner exhaust manifold, and is defined by the inner exhaust manifold and the outer exhaust manifold. A space is part of the bypass passage,
An engine system comprising the intake bypass device according to claim 7.
前記吸気バイパス装置が、前記エンジン本体の運転状態を制御するエンジンコントロールユニットとは別に独立した制御部および信号入力部を有するターボコントロールユニットを有し、該ターボコントロールユニットが、前記バイパス弁の弁開度を制御するバイパス弁制御部を含む、
請求項1に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
The intake bypass device includes a turbo control unit having a control unit and a signal input unit independent of an engine control unit that controls the operating state of the engine body, and the turbo control unit opens the bypass valve. Including a bypass valve controller to control the degree,
An engine system comprising the intake bypass device according to claim 1.
前記ターボコントロールユニットが、
前記エンジンの運転状態に関するセンサ信号が入力されるターボ信号入力部と、
前記ターボ信号入力部に入力されるセンサ信号に基づいて前記コンプレッサの作動点を演算する作動点演算部、および前記バイパス弁制御部を含むターボ制御部と、を備え、
前記バイパス弁制御部が、前記作動点演算部で演算される作動点がサージ領域の近傍にある時に、前記バイパス弁の弁開度が大きくなるように制御するよう構成される、
請求項9に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
The turbo control unit is
A turbo signal input unit to which a sensor signal related to the engine operating state is input;
An operating point calculation unit that calculates an operating point of the compressor based on a sensor signal input to the turbo signal input unit, and a turbo control unit including the bypass valve control unit,
The bypass valve control unit is configured to control the valve opening of the bypass valve to be large when the operating point calculated by the operating point calculation unit is in the vicinity of a surge region.
An engine system comprising the intake bypass device according to claim 9.
前記センサ信号は、前記コンプレッサで圧縮された圧縮吸気の過給圧、および前記コンプレッサに流れる吸気流量に関するセンサ信号からなる、
請求項10に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
The sensor signal is composed of a sensor signal related to a supercharging pressure of compressed intake air compressed by the compressor and an intake air flow rate flowing to the compressor.
An engine system comprising the intake bypass device according to claim 10.
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